Zahnriemen

Warum Zugträgerspannung so wichtig für die Qualität eines Zahnriemens ist

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Die Abweichung von der idealen Riemengeradheit, die sog. Sichelbildung, wird im Produktionsprozess bei Breco einfach, aber effektiv durch Anlegen eines 3-m-Riemenstücks an ein Lineal geprüft. Da Sichelbildung bei schmalen Riemen stärker zu Tage tritt, als bei breiten, müssen wir diesen Nachweis der Geradheit nicht nur in Produktionsbreite, sondern auch in allen Zwischenbreiten prüfen, die beim Kunden möglicherweise durch Aufschneiden hergestellt werden. 100 mm breite R-Ware wird z. B. beim Kunden häufig bis 25 mm Riemenbreite aufgeschnitten – die Prüfung der Geradheit erfordert also die Kontrolle von vier 25-mm-Streifen, die in sich gerade sein müssen. Die Bewertung der Sichelbildung erfolgt an einem 3-m-Riemenstück: Unabhängig von Typ und Teilung akzeptieren wir auf dieser Prüflänge eine Geradheitsabweichung von max. 3 mm. Man muss bei diesen Abweichungswerten schon genau hinschauen, wie sie ermittelt wurden: Ein Riemen, der 3 mm Geradheitsabweichung, aber bei einer Prüflänge von 2 m gemessen, aufweist, hat aufgrund des quadratischen Einflusses bei einer Prüflänge von 3 m die 2,25-fache Geradheitsabweichung, also fast 7 mm.

Bei Breco erfolgt die Geradheitskontrolle bei jeder produzierten Rolle (unmittelbar zu Beginn am Rollenanfang, damit man bei Abweichungen sofort reagieren kann). Unser Wunsch nach Präzision hat seinen Preis: Neben der zeitlich aufwändigen Kontrolle – Ablängen, Aufschneiden und Prüfen der Einzelspuren – ist bei 100-m-Rollenlänge eine QS-Schrottquote von 3% prinzipbedingt nicht vermeidbar.

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Die richtige Zugträgerspannung bei endlosen Riemen

In einem endlos hergestellten Riemen, insbesondere also dem bifilar-helixförmig gespulten Brecoflex-Riemen, besteht das Problem nicht darin, die Kräfte einer Vielzahl von Zugträgern zu vergleichmäßigen – es handelt sich ja nur ja nur zwei Zugträger. Vielmehr gilt es, der kontinuierlich mit der Spulzeit steigenden Belastung der Wellen des Extruders durch den Drahtzug Herr zu werden. Die Wellenbiegung lässt die einmal erzielte Zugträgervorspannung wieder absinken. Zur Herstellung hochpräziser Zahnriemen reicht eine steife Wellenkonstruktion allein nicht aus. Vielmehr ist es erforderlich, das Last-Verformungs-Verhalten der Extrusionsmaschine zu kennen und bei der Bemessung der Zugträgerkraft entsprechend zu kompensieren. Die Bremskraft beim Spulen darf also über der Spulzeit nicht konstant bleiben.

Zwischen rechter und linker Riemenseite ungleichförmige Zugträgerspannungswerte in einem endlosen Zahnriemen äußern sich unter anderem in seitlichem Ablauf, also der Neigung des Riemens, sich beim Lauf axial zu einer Seite der Riemenscheibe zu versetzen. Hierbei entstehen Kontaktkräfte mit der Bordscheibe, die zu erhöhter Reibung und Verschleiß des Riemens führen. Im Extremfall klettert der Zahnriemen auf die Bordscheibe auf und wird durch Schnittbeschädigungen unbrauchbar. Aus produktionstechnischer Sicht besteht die Optimierungsaufgabe also darin, die Zugträgerspannung im Herstellprozess so zu beeinflussen, dass die seitlichen Ablaufkräfte im Riemen ein Minimum annehmen.

Anwendungsbeispiel: Der Schubert TLM-F4-Roboter

Besonders wichtig werden die vorstehend beschriebenen Zusammenhänge von Zugträgerspannung und Präzision bei Zahnriementrieben, in denen der Achsabstand prinzipbedingt nicht zur Einstellung einer Riemenvorspannung verändert werden kann und in denen aufgrund des Bauraumes oder der Minimierung der bewegten Masse keine Möglichkeit zur Anordnung einer Riemenspannrolle besteht. Die Gerhard Schubert GmbH in Crailsheim, Anbieter von Lösungen im Verpackungsmaschinen-Marktsegment, entwickelte den 4-Achs-Roboter TLM-F4 für Pick-and-Place-Aufgaben, der in der Lage ist, das Transportgut mit 15 g zu beschleunigen. Um dies zu erreichen, war es erforderlich, die Scherenkinematik am unteren Bildrand als CFK-Leichtbaukonstruktion mit starrem Achsabstand auszuführen. In den beiden CFK-Schwenkarmen laufen Brecoflex-Zahnriemen zur Übertragung der Antriebsbewegung. Ein Verlust der Vorspannkraft oder aber Schwankungen der Riemenlänge in einem Produktionslos würden die Funktion des kinematischen Prinzips in Frage stellen. Gerade in diesem Anwendungsbeispiel war es von großer Wichtigkeit, bei der Riemenherstellung die erforderliche Zugträgervorspannung in jedem Produktionslos reproduzierbar exakt zu treffen und über der Lebensdauer des Riemens konstant zu halten.

Die Zugträgerspannung ist bei der Extrusion von Polyurethan-Zahnriemen ein zentraler Prozessparameter, den man als Riemenhersteller kennen und sehr genau führen muss, um dem Anwender ein Höchstmaß an Präzision und an Sicherheit gegen Überspringen und Verschleiß zu bieten. Ebenfalls lassen sich über die Zugträgerspannung Sondertoleranzen für Spezialanwendungen einstellen. (ud)

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* Dr.-Ing. Thomas Steinert ist Geschäftsführer der Breco Antriebstechnik Breher GmbH & Co. KG in Porta Westfalica.

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